《IWA 污水资源回收汇编报告》优秀案例(2)-奥地利 Strass 污水处理厂

能源 奥地利 Strass 污水处理厂因在能源自给方面取得的成功而名声 大噪，早在 20 世纪 90 年代，Strass 污水处理厂就开始关注如何能 在满足工厂运行之外实现产能。其合理性是由于污水中蕴含的能量 远高于处理污水所需的能耗。在 1996 年，Strass 污水处理厂已经 可以生产 50%其运行所需的能量，到 2005 年，工厂实现了能源自给 和额外产能。污水处理厂位于奥地利 Strass Valley，服务于 31 个 社区，每年可为 6 万到 25 万人口提供污水处理服务。服务人口数量 的变化是由于旅游季高峰的出现，但这一因素在工厂的最初设计时 就已被纳入考量。

Strass 污水处理厂采取了一系列措施来实现能源自给，采用两 段生物系统的 AB 工艺就是其中之一。根据季节的不同，该系统每周 有 9 万到 20 万人口当量的平均处理能力。A 段可以去除 55%-65%的 有机物负荷，污泥停留时间少于半天。B 段的污泥停留时间约为 10 天，这样可以去除 80%的氮。在线的氨氮分析器控制着曝气量和曝 气时间，并且如果需要，所有的活性污泥池都可以进行有效曝气。 这种工艺可以保证有机质最大程度地进入污泥消化系统。 剩余污泥被浓缩，厌氧消化和脱水。通过这种方式产生的出水通 常都有很高的氮负荷。Strass 污水处理厂的一个独到之处是其从 2004 年开始在侧流中利用 DEMON 工艺去除氨氮。系统利用厌氧氨氧 化菌，分两步进行处理。第一步是通过氧化作用将氨氮转化成亚硝 酸盐，第二步是通过厌氧氨氧化反应，利用亚硝酸将剩余的氨氮氧 化。工艺还含有结合硝化和厌氧氨氧化过程的序批式反应器(SBRs)， 在两年半的时间内，该工艺分三个阶段被放大应用。除了可以降低 硝化反应的能源需求，采用 DEMON 工艺的转化过程能够使大部分的 进水有机物负荷在消化器中被用于生成生物沼气，而不是在反硝化 作用中被消耗。并且和其前工艺相比， DEMON 工艺的一大不同之处 在于它不需要额外添加碳源。

除了 AB 工艺和侧流除氮工艺，在热电联产(CHP)单元中采用全新 发动机可以提高使用效率和电机效率，这也是是实现产能的重要因 素。新机组可以达到 38%的生物沼气-电能转化率。一系列的工艺组 合大大地提高了能源自给的比例

棕色锥形斗是旋流分离器，是 DEMON 工艺用于分离厌氧氨氧化菌。 麦的 Billund 生物精炼厂(BioRefinery)

综合性资源回收 一些处理厂关注于单一资源的回收，但是也有一些处理厂在一开 始就通过综合方法来回收多种资源。比如位于丹麦的 Billund 生物 精炼厂(BioRefinery)，可以生产三种产品：清洁水，有机肥料和生 物沼气。

这个项目是通过多家企业机构的合作实现的。主要的执行公司是 Billund VandA/S 公司和威立雅水技术公司(Veolia Water Technologies)旗下的 Krüger A/S 公司。其他合作伙伴包括丹麦环 境部和丹麦水科技发展基金(VTU)。丹麦政府和 VTU 为项目提供了 1500 万丹麦克朗。项目的前期设计是在 2013 年秋天进行筹备的， 2014 年 8 月开始了实际施工。工厂对丹麦 Grineted 污水处理厂进 行了升级改造，预期在 2017 年 3 月投入运行。

Billund 生物精炼厂有两条不同的处理线，一条用于处理污水， 一条用于处理生物有机质。因为有机质来自于污水处理，这两条处 理线将协同工作。有机垃圾从农场，居民和工厂中收集而来，包括 饭店，屠宰场，餐饮中心和商店;而粪便是由农业收集而来。 Billund 生物精炼厂每年会处理 4200 吨从污水处理厂产生的有机垃 圾和污泥，总处理能力为 7 万人口当量。混合了不同来源的有机垃 圾可以使处理效率更高。

有机垃圾会被运到能源工厂(energy factory)，而生活污水将被 输送到污水处理厂进行处理。出水的水质符合丹麦和欧盟法规标准， 并将被补给到一条处理厂附近的河里。处理过程中产生的污泥将继 续在生物精炼厂中进行额外处理。

能源工厂被认为是项目运行的核心。工厂采用的工艺结合了热水 解和厌氧消化，可以使生物沼气的产量提高 30%-50%。这项技术名 为 Exelys，Bilund 生物精炼厂是最早大规模应用该技术的工厂之一。 Exelys 技术是对厌氧消化工艺的强化，可以处理不同类型的有机物， 工业和生活污泥，以及处理油脂。

Exelys 技术是一种连续式热水解工艺，可以降低成本和能耗。 Exelys 技术和传统的序批式热水解工艺一样有效，但是能耗却更低， 可以在厌氧消化系统中有效地增加生物沼气产量和分解污泥。 Billund 生物精炼厂把 Exelys 技术和威立雅的专利装置 Digestion- Lysis-Digestion (DLD)结合使用。在用 Exelys 技术进行处理之前， 工厂对有机废物进行了预消化和脱水，这种做法可以减低能耗，同 时使产能最大化。下图展示了脱水污泥连续地被泵压入反应器管道 中。

在反应器中注入蒸汽将污泥加热。污泥持续在反应器中流动时处 于压力和高温之下。在进入第二级消化器之前，通过加水，经过水 解的污泥随后在热交换器中冷却下来。整个过程的末端产品是生物 沼气，它将被转化成电力和热能销售给公共社区供暖系统和当地消 费者，包括工厂，农场和居民。现在，有 700 户家庭的电力是他们 自己的有机垃圾经处理后生产的，而这个数字在未来预计还会上升。 DLD 装置被证明可以增加 50%的生物沼气和电力产量，减少 30%的最 终污泥产生量。工厂的产能已经超过了其在处理垃圾和污水时的耗 能。

除了前面提到的一些技术，Billund 生物精炼厂还利用厌氧氨氧 化菌把机物中的氮转化成氮气。通过在移动床生物膜反应器(MBBR) 上使用 Anita Mox 工艺来处理氨氮负荷很高的离心机排放水;利用 传统的亚硝酸盐生成菌和特定的厌氧氨氧化菌，好氧和厌氧工艺在 这个过程中被结合使用。整个过程的氨氮去除率可以达到 80%以上。

除了生物沼气，Billund 生物精炼厂的另一个末端产品是含有生 物固废和污泥中营养物质的有机肥料。工厂还在进一步探索生产有 机塑料的可能性。另外一种发展方向是将产生的甲烷和氢气用于制 造燃料电池和车用生物燃料。

除了在资源回收方面进行整体考虑，综和全面的方法对运行操作 也是至关重要的。通过持续的运行和维护来达到了最佳表现。利用 智能软件系统 STAR Utility Solutions™来对整个生产和管理过程 进行监管。这个智能软件系统可以确保工程采用最优方式处理污水， 尽可能地减少能源和化学品的使用，并且可以优化产能。

丹麦政府预测 Billund 生物精炼厂将在国内和国际上开启资源回 收的新阶段。Billund 生物精炼厂已经获得了很多认可，其中一项 是 2014 年由全球水峰会(Global Water Summit)颁发的年度水回用 项目大奖(Water Reuse Project of the Year)。

和很多其他项目一样，Billund 生物精炼厂也离不开相关方的协 同合作。生物精炼厂处理的有机垃圾一部分是从居民中收集而来的， 这就需要人们对他们的垃圾进行合理分类。精炼厂也从当地的主要 工业收集垃圾，因此也和相关工厂开展了合作。Billund 生物精炼 厂在项目运营中考虑使各相关方的利益需求，希望能够实现共赢。 此外，Billund 生物精炼厂也邀请学术部门的加入，欢迎博士后到 工厂开展研究工作。在法规和政策方面，Billund 生物精炼厂将满 足所有当地设立的标准，而这些标准和相关的丹麦国家法规相比更 为严格。 荷兰 Olburgen 污水处理厂 位于荷兰 Olburgen 的一家污水处理厂是资源回收方面的成功范 例。工厂的末端产品是鸟粪石化肥。除了对技术的应用，污水处理 厂广泛的合作伙伴关系也值得关注。

Olburgen 污水处理厂主要处理附近工厂产生的排放水和工业污 水。在排放到下游污水处理厂之前，排放水和工业污水均分别有预 处理。排放水来自一家污水处理厂，而污水则来自 Aviko 公司的马 铃薯加工厂。Aviko 是当今世界第四大马铃薯加工企业，其每年会 加工 120 万吨马铃薯。从马铃薯加工厂产生的污水含有蛋白质，淀 粉和相当于 16 万人口当量的的磷。特别是马铃薯皮中含有大量可以 被回收的磷酸盐。和传统的处理工艺相比，能够建立两个独立的处 理厂进行污水处理是最节约成本和能源的方式。这种模式是通过荷 兰水理事会(Waterboard)和其经营污水处理厂的下属公司 Waterstromen BV 之间的公私合作(PPP)来实现的。工厂由帕克公司 (Paques)设计，工程建设于 2006 年完工。

下图显示了处理流程。Olburgen 污水厂的排放水与经 UASB 反应 器处理过的马铃薯加工厂污水出水混合后进入 PhospaqTM 反应器， 。马铃薯加工厂从 1982 年就开始应用 UASB 技术，这一技术可以通 过厌氧反应去除污水中大部分的有机物。但出水中仍含有大量的磷 和氨氮，它们将分别通过 PhospaqTM 技术和一步厌氧氨氧化技术被 去除。PhospaqTM 技术可以去除 80%的磷，而厌氧氨氧化技术的氨氮 去除率可以达到 90%。这是世界上第一次将 PhospaqTM 技术和厌氧 氨氧化技术结合应用到运行项目中。